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【VASP】AIMD计算总结

article 2025/1/31 12:32:16

【VASP】AIMD计算总结

vasp 计算文件
INCAR 参数介绍
后处理

二维材料与异质结的构造除了筛选优势还应该判断是否稳定，所以我在这分享一篇基于vasp6.2计算的AIMD

示例：
https://www.vasp.at/wiki/index.php/Liquid_Si_-_Standard_MD

vasp 计算文件

POSCAR

计算前提（supercell）：需要有一个晶格大于10A的结构，这就需要你对原始结构进行超胞（如果原始结构小的话），比如说我现在有一个高精度优化的结构晶格常熟为a=b=c=6.4A，你就需要进行2x2x2的超胞得到新的结构POSCAR。

Si cubic diamond conventional cell
  5.43100000000000
 1.00000000 0.00000000 0.00000000
 0.00000000 1.00000000 0.00000000
 0.00000000 0.00000000 1.00000000
  Si
  8
Direct
  0.00000000 0.00000000 0.00000000
  0.75000000 0.25000000 0.75000000
  0.00000000 0.50000000 0.50000000
  0.75000000 0.75000000 0.25000000
  0.50000000 0.00000000 0.50000000
  0.25000000 0.25000000 0.25000000
  0.50000000 0.50000000 0.00000000
  0.25000000 0.75000000 0.75000000

2x2x2 super cell

Si cubic diamond 2x2x2 super cell of conventional cell
     5.43090000000000
    2.00000000   0.00000000   0.00000000
    0.00000000   2.00000000   0.00000000
    0.00000000   0.00000000   2.00000000
   Si
   64
Direct
   0.00000000   0.00000000   0.00000000
   0.50000000   0.00000000   0.00000000
   0.00000000   0.50000000   0.00000000
   0.50000000   0.50000000   0.00000000
   0.00000000   0.00000000   0.50000000
   0.50000000   0.00000000   0.50000000
   0.00000000   0.50000000   0.50000000
   0.50000000   0.50000000   0.50000000
   0.37500000   0.12500000   0.37500000
   0.87500000   0.12500000   0.37500000
   0.37500000   0.62500000   0.37500000
   0.87500000   0.62500000   0.37500000
   0.37500000   0.12500000   0.87500000
   0.87500000   0.12500000   0.87500000
   0.37500000   0.62500000   0.87500000
   0.87500000   0.62500000   0.87500000
   0.00000000   0.25000000   0.25000000
   0.50000000   0.25000000   0.25000000
   0.00000000   0.75000000   0.25000000
   0.50000000   0.75000000   0.25000000
   0.00000000   0.25000000   0.75000000
   0.50000000   0.25000000   0.75000000
   0.00000000   0.75000000   0.75000000
   0.50000000   0.75000000   0.75000000
   0.37500000   0.37500000   0.12500000
   0.87500000   0.37500000   0.12500000
   0.37500000   0.87500000   0.12500000
   0.87500000   0.87500000   0.12500000
   0.37500000   0.37500000   0.62500000
   0.87500000   0.37500000   0.62500000
   0.37500000   0.87500000   0.62500000
   0.87500000   0.87500000   0.62500000
   0.25000000   0.00000000   0.25000000
   0.75000000   0.00000000   0.25000000
   0.25000000   0.50000000   0.25000000
   0.75000000   0.50000000   0.25000000
   0.25000000   0.00000000   0.75000000
   0.75000000   0.00000000   0.75000000 
   0.25000000   0.50000000   0.75000000
   0.75000000   0.50000000   0.75000000
   0.12500000   0.12500000   0.12500000
   0.62500000   0.12500000   0.12500000
   0.12500000   0.62500000   0.12500000
   0.62500000   0.62500000   0.12500000
   0.12500000   0.12500000   0.62500000
   0.62500000   0.12500000   0.62500000
   0.12500000   0.62500000   0.62500000
   0.62500000   0.62500000   0.62500000
   0.25000000   0.25000000   0.00000000
   0.75000000   0.25000000   0.00000000
   0.25000000   0.75000000   0.00000000
   0.75000000   0.75000000   0.00000000
   0.25000000   0.25000000   0.50000000
   0.75000000   0.25000000   0.50000000
   0.25000000   0.75000000   0.50000000
   0.75000000   0.75000000   0.50000000
   0.12500000   0.37500000   0.37500000
   0.62500000   0.37500000   0.37500000
   0.12500000   0.87500000   0.37500000
   0.62500000   0.87500000   0.37500000
   0.12500000   0.37500000   0.87500000
   0.62500000   0.37500000   0.87500000
   0.12500000   0.87500000   0.87500000
   0.62500000   0.87500000   0.87500000

分子动力学的模型应该尽量大一些，扩胞到至少100个原子以上，至少跑10ps

KPOINTS
因为分子动力学所需的模型比较大，所以只需要k点都设置为1即可，网格参数选择 1 1 1 即可

K-Spacing Value to Generate K-Mesh: 0.030
0
Gamma
1   1   1
0.0  0.0  0.0

INCAR

SYSTEM=MD
INCAR-basic
   PREC   = Normal
   ENCUT  = 500 eV
   NELMIN= 5
   LREAL = Auto    ## set to Auto if the atomic number > 20

#   ALGO = Fast
   EDIFF  = 1E-5
#  ISMEAR = 0

   SIGMA = 0.2
   ISPIN = 1    ## For magnetism set
#  MAGMOM = 3*1
   NCORE = 10     ## Important to reduce calculate time, equal sqrt(cpu cores)
 
Molecular Dynamics
   NSW = 10000
   IBRION = 0
   POTIM = 1     Time step: fs
   ISYM=0

   LCHARG = .FALSE.
   LWAVE  =  F

   NBLOCK= 1
   KBLOCK=50
   TEBEG = 300   Start temperature
   TEEND= 300     End temperature 
   SMASS=1  ! NVT
   MDALGO=2

AIMD计算时INCAR的关键设置参数：

IBRION=0 #AIMD计算时该参数设置为0
POTIM=0.5 #时间步长控制参数，单位是fs
NSW=1000 #控制弛豫步数
TEBEG=300 #初始温度控制开关，单位为K
TEEND=300 #弛豫最终温度控制开关，默认值与TEBEG相同

POTCAR不变
提交任务
数据处理

grep "T" OSZICAR|awk '{print $1"\t"$7}' >energy.dat

grep "T" OSZICAR|awk '{print $1"\t"$3}' >temperature.dat

然后将数据导入ORIGIN进行绘制，分析数据变化

然后你在将CONTCAR和POSCAR放入VESTA中进行对比，结构如果没有大的变化就代表稳定

INCAR 参数介绍

VASP做AIMD计算时，可以通过讲体系原子的初始速度都追加到POSCAR后面，具体参考CONTCAR的格式。在静力学计算过程输出的CONTCAR文件中，原子坐标后面追加的一行行的数字0.000…其实就是每个原子所对应的速度。

系综设置主要通过MDALGO和ISIF控制，VASP目前支撑的系综有NVT,NPT以及NPH系综具体设置如下表：

在这里插入图片描述
SMASS只要是大于0就是NVT系综
此外对于原子间的键长键角还可以通过输入文件ICONST来控制，具体参考官网说明：https://www.vasp.at/wiki/index.php/ICONST
最后结果分析的主要文件：每一步的温度、能量信息在 OSZICAR中，XDATCAR为分子动力学计算过程中的轨迹文件。

在VASP中，SMASS 参数用于控制在分子动力学模拟中的温度控制算法，特别是在NVT（正则系综）模拟中。以下是SMASS参数的详细说明：

SMASS = -3：模拟微正则系综（NVE），即粒子数、体积和能量守恒的系综。
SMASS = -2：保持初始速度不变，用于计算不同构型下的能量。
SMASS = -1：在每个NBLOCK步长中调整速度以匹配指定的温度，用于模拟退火。
SMASS ≥ 0：模拟正则系综（NVT），使用Nose-Hoover热浴进行温度控制。SMASS的值决定了温度振荡的频率。SMASS=0时，VASP会自动选择一个与大约40个时间步长相对应的Nose质量。

SMASS=-3 #控制动力学过程的速度，-3代表NVE ensemble（注：这个选择只针对MDALGO=0的情况，是一种过时的描述），官方手册建议NVE_ensemble使用MDALGO=1和ANDERSEN_PROB=0.0；-2代表初始速度为常数，保持不变，这方便于计算一组不同的线性相关位置的能量（例如冷冻声子或具有不同键长的二聚体等，注：实际速度=POTIM*（POSCAR中读入的速度），所以为了避免与实际情况不符，该模式下POTIM设置为1最佳）；-1用以模拟退火过程；≥0属于NVT系综。

在NVT模拟中，SMASS参数非常重要，因为它影响温度控制的效率和效果。SMASS的值应该设置得当，以确保温度波动与体系的典型声子频率相匹配。如果SMASS设置得不合理，可能会导致温度控制失效，从而影响模拟结果的准确性。

IBRION
参数名称：IBRION
描述：控制分子动力学模拟的类型和算法。
可选值：
0：分子静力学计算，不进行时间演化。
1：使用速度Verlet算法进行NVT系综的分子动力学。
2：使用速度Verlet算法进行NPT系综的分子动力学。
-1：使用速度Verlet算法进行NVE系综的分子动力学。
5：使用Nose-Hoover恒温器进行NVT系综的分子动力学。
6：使用Nose-Hoover恒温器进行NPT系综的分子动力学。
其他值：表示不同的分子动力学算法和约束条件。
影响：选择不同的IBRION值会影响模拟的系综和算法，从而影响模拟的物理性质和计算效率。
选择依据：根据研究目标和系统的性质来选择。例如，如果需要控制温度和压力，可以选择2或6。

MDALGO：决定AIMD计算在哪个恒温器下执行。对于常规的AIMD计算，恒温器可通过数字选取（例如，1：Andersen，2：Nosé-Hoover等）。
对于Biased Molecular Dynamics， Metadynamics等，恒温器的选择与VASP 6或更高版本相同。
在VASP 5.x中，它是由一个两位数的数字选择的，其中第一位数字对应于恒温器，类似于常规分子动力学，
第二位数字对应于分子动力学类型（例如，11：Andersen 恒温器下的Metadynamics，21：Nosé-Hoover 恒温器下的 Metadynamics等）。

附加关键词：

NBLOCK=1 #多少时间步长写一次CONTCAR，CHG和CHGCAR，PCDAT。

KBLOCK=50 #NBLOCK*KBLOCK个步长写一次XDATCAR。

ISMEAR=-1 #费米狄拉克分布，0为高斯分布

LREAL=A #官方推荐用A或Auto

SIGMA=0.05 #单位：电子伏特

EDIFF=1E-5 #用较小精度即可，该精度对第一个离子步自洽影响较大

LCHARG=F #无需电荷密度计算，CHG文件过大

ALGO=VeryFast #或者IALGO=48，RMM-DIIS算法加速，适合原子数较多体系

ISYM=0 #VASP计算不使用对称性，但是会假设φk=φ*-k，以减少布里渊区的采样，加速计算。

后处理

在CONTCAR 下面就是对应原子速度。例如在做结构优化后CONTCAR下面会出现一系列0，代表原子速度等于0

运行以下命令，得到整个过程的能量变化

grep "free  energy" OUTCAR|awk ' {print $5}' > energy.dat

绘图分析

可以从图像中看出，能量虽然有波动但是比较稳定，所以说明该结构在1000K温度下还是稳定的。另外，将计算得到的CONTCAR导入到ovito中可以看出结构有所变化，但并没有破坏。

在这里插入图片描述

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/359874915

查看全文

http://www.kler.cn/a/525914.html

C++，STL 简介：历史、组成、优势

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